將MAX6954和MAX6955的鍵盤(pán)掃描擴(kuò)展至32鍵以上

本應(yīng)用筆記介紹了一種擴(kuò)展掃描的方法，可以擴(kuò)展MAX6954和MAX6955 LED顯示驅(qū)動(dòng)器的鍵盤(pán)掃描范圍，從32鍵擴(kuò)展到80鍵。

MAX6954/MAX6955 是4線(xiàn)或2線(xiàn)串行接口的LED驅(qū)動(dòng)器，可以控制7段、14段或16段LED或一個(gè)16x8的LED矩陣。驅(qū)動(dòng)器還包括5個(gè)I/O擴(kuò)展(GPIO)端口，以及用這些端口自動(dòng)掃描32個(gè)按鍵、消除按鍵抖動(dòng)的所有邏輯控制。另外一個(gè)功能選項(xiàng)是通過(guò)一個(gè)中斷引腳通知系統(tǒng)處理器消除鍵抖。本文介紹的擴(kuò)展按鍵掃描方案(從32鍵擴(kuò)展到80或更多個(gè)按鍵)需要增添額外的二極管。

表1. MAX6954/MAX6955的標(biāo)準(zhǔn)32鍵連接

圖1. MAX6954/MAX6955的標(biāo)準(zhǔn)32鍵連接

表1和圖1給出了MAX6954/MAX6955的標(biāo)準(zhǔn)8鍵連接。鍵切換電路按照4 x 8矩陣(4列、8行)讀取32個(gè)按鍵的狀態(tài)。鍵盤(pán)陣列的8行由8個(gè)LED陰極驅(qū)動(dòng)器輸出(LED輸出O0至LED輸出O7)驅(qū)動(dòng)。作為多層LED驅(qū)動(dòng)的一部分，這些LED陰極驅(qū)動(dòng)輸出依次拉至低電平320μs (標(biāo)稱(chēng)值)(順序驅(qū)動(dòng)LED)。這些驅(qū)動(dòng)器輸出分別用來(lái)拉低鍵開(kāi)關(guān)的一端，鍵的另一端連接在4個(gè)輸入引腳(P0至P3)，這4個(gè)輸入引腳從內(nèi)部拉至MAX6954/MAX6955的高電平V+。按下開(kāi)關(guān)時(shí)，P0、P1、P2或P3將由相應(yīng)的LED輸出Ox拉至低電平，MAX6954/MAX6955檢測(cè)按鍵，并為按鍵提供去抖。

多個(gè)按鍵被同時(shí)按下時(shí)，與開(kāi)關(guān)串聯(lián)的二極管可以防止2個(gè)或多個(gè)LED陰極驅(qū)動(dòng)輸出短路。例如，同時(shí)按下SW A1和SW A2時(shí)，與按鍵串聯(lián)的二極管可以避免LED輸出O0與LED輸出O1短路，因?yàn)樵谌魏吻闆r下至少有一個(gè)二極管為反向偏置。二極管采用的是低成本、共陽(yáng)極的BAW56，SOT23封裝。

MAX6954/MAX6955隨時(shí)判斷32個(gè)按鍵按下或釋放的動(dòng)作，器件內(nèi)部?jī)H為指示這32個(gè)按鍵的狀態(tài)提供了寄存器。從這一點(diǎn)看，在MAX6954/MAX6955的設(shè)計(jì)中似乎沒(méi)有辦法擴(kuò)展掃描電路，需要尋找一種全新的設(shè)計(jì)方案。

針對(duì)這種特殊情況，我們發(fā)掘了一種冗余情況。許多應(yīng)用中只需要了解某一個(gè)按鍵是否被按下。通常，同時(shí)按下兩個(gè)按鍵的情況被認(rèn)為是錯(cuò)誤的鍵輸入，或者是進(jìn)入工廠(chǎng)診斷模式。這種兩個(gè)按鍵同時(shí)按下的情況是一種“冗余”情況，我們把新增按鍵連接成好像某一對(duì)兒鍵被同時(shí)按下的情況，表2和圖2所示電路通過(guò)組合P0、P1、P2和P3擴(kuò)充了16個(gè)按鍵。例如，當(dāng)SW AB1按下時(shí)，對(duì)于MAX6954/MAX6955而言，所表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)與SW A1和SW B1同時(shí)按下的情況相同。只要每對(duì)兒按鍵(如SW A1和SW B1)的物理位置不相鄰，這種擴(kuò)展架構(gòu)即可有效工作。軟件設(shè)計(jì)應(yīng)保證在MAX6954/MAX6955的最小去抖周期內(nèi)響應(yīng)按鍵的/IRQ，保證每個(gè)對(duì)應(yīng)于按鍵掃描的結(jié)果都經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆治鎏幚?。如果軟件?duì)/IRQ響應(yīng)較慢，將無(wú)法區(qū)分同時(shí)按下兩個(gè)按鍵的情況(鑒別增添的按鍵狀態(tài))和順序按下相同的兩個(gè)按鍵的情況。無(wú)論是哪種情況，按鍵去抖寄存器0x08-0x0B將簡(jiǎn)單地顯示每個(gè)鍵位置位。

表2. MAX6954/MAX6955擴(kuò)展后的48鍵連接

每個(gè)附加按鍵需要一個(gè)雙二極管(如低成本、共陰極的BAV70，SOT23封裝), 按下開(kāi)關(guān)時(shí)，P0和P1或P2和P3被同時(shí)拉低。

圖2. MAX6954/MAX6955擴(kuò)展后的48鍵連接

圖2和表2通過(guò)組合P0、P1、P2和P3擴(kuò)充了16個(gè)按鍵。實(shí)際上，對(duì)于P0-P3鍵掃描輸入還存在另外四種可能的兩鍵組合方式。如果使用了6種兩鍵組合方式，按鍵數(shù)量將增加到80個(gè)，如表3所示。圖3給出了6個(gè)附加按鍵在LED輸出O0行的連接方式。每個(gè)附加按鍵需要一個(gè)雙二極管。

表3. MAX6954/MAX6955擴(kuò)展后的80鍵連接

圖3. MAX6954/MAX6955擴(kuò)展后的80鍵連接

為什么僅將“同時(shí)按下雙鍵”作為判斷附加按鍵的途徑呢? 3鍵和4鍵組合可用來(lái)替代雙鍵按下的情況，表4給出了這種附加配置。需要注意的是，4-3組合鍵每組需要三個(gè)二極管，四組鍵需要4倍數(shù)量的二極管。

表4. 3鍵和4鍵連接

排除3鍵和4鍵連接的一個(gè)最好理由是它們需要更多的二極管。如果應(yīng)用中所需按鍵只是略高于32鍵的限制，則可首先選擇本文推薦的方案。只是因?yàn)槟承┡既灰蛩兀層脩?hù)找尋3鍵和4鍵的方案也是不可取的。

值得注意的是：每個(gè)擴(kuò)充按鍵的連接方式模擬的是多個(gè)按鍵同時(shí)按下的情況，這些按鍵連接在同一LED陰極驅(qū)動(dòng)器輸出端(LED輸出O0至LED輸出O7)。采用這種連接方式，相關(guān)組合的按鍵總是在同一時(shí)間掃描或去抖。如果新增按鍵所模擬的同時(shí)按下的按鍵由不同的LED陰極驅(qū)動(dòng)輸出掃描，這種工作方式將是不可靠的。

審核編輯：郭婷